Катастрофа шаттла «Челленджер»
Катастрофа шаттла «Челленджер» произошла 28 января 1986 года, когда космический корабль «Челленджер» в самом начале миссии STS-51L взорвался на 73-й секунде полёта, что привело к гибели всех семерых членов экипажа. Шаттл разрушился в 11:39 EST (16:39 UTC, 19:39 MSK) над Атлантическим океаном близ побережья центральной части полуострова Флорида, США.
Разрушение летательного аппарата было вызвано повреждением уплотнительного кольца правого твердотопливного ускорителя при старте. Повреждение кольца стало причиной прогорания отверстия в боку ускорителя, из которого в сторону внешнего топливного бака била реактивная струя. Это привело к разрушению хвостового крепления правого твердотопливного ускорителя и несущих структур внешнего топливного бака. Элементы комплекса стали смещаться относительно друг друга, что привело к его разрушению в результате действия нештатных аэродинамических нагрузок. Вопреки распространенному заблуждению, мгновенного взрыва всего топлива не произошло: горение компонентов топлива происходило в основном после полного разрушения бака и самого корабля[1][2]. Боковые ускорители уцелели и некоторое время летали вокруг, пока не были уничтожены командой с Земли. Кабина экипажа, более прочная, чем орбитальный модуль в целом, также осталась целой, но, скорее всего, разгерметизировалась. Обломки челнока упали в Атлантический океан.
В результате поисково-спасательной операции со дна океана были подняты многие фрагменты корабля, в том числе и отсек экипажа. Хотя точное время гибели экипажа неизвестно, выяснилось, что некоторые его члены (как минимум Онидзука и Резник) пережили разрушение орбитера и были в сознании — ими были включены персональные приборы подачи воздуха. Также был включен прибор пилота Майкла Смита, но это мог сделать кто-либо из двух вышеупомянутых астронавтов. Так как эти приборы подают воздух не под давлением, то при разгерметизации кабины экипаж вскоре потерял сознание. «Шаттлы» тогда не имели системы аварийного покидания, которой они были оборудованы лишь после этой катастрофы, и шансов на спасение у экипажа не было. Следует отметить, что разработанная и использовавшаяся позже система аварийного спасения всё равно не смогла бы обеспечить выживание экипажа в условиях такой катастрофы — она предусматривала лишь возможность поочерёдного покидания экипажем челнока, находящегося в устойчивом горизонтальном полете. Астронавты не могли выжить при ударе жилого отсека о водную поверхность на скорости 333 км/ч, когда перегрузка достигла 200 g.
После катастрофы программа шаттлов была свёрнута на 32 месяца. Для расследования крушения президентом США Рональдом Рейганом была назначена специальная комиссия под руководством государственного секретаря Уильяма Роджерса. Комиссия пришла к выводу, что определяющими факторами, приведшими к катастрофе, послужили недостатки корпоративной культуры и процедуры принятия решений НАСА. Руководителям НАСА с 1977 года было известно о потенциально опасных дефектах уплотнительных колец, поставляемых подрядчиком Morton Thiokol, однако они не обращали на это должного внимания. Они также пренебрегли предупреждениями конструкторов об опасности запуска корабля в условиях низких температур того утра и не доложили вышестоящему начальству об этих опасениях. Комиссия Роджерса выдала НАСА девять рекомендаций, которые необходимо было выполнить для возобновления полётов шаттлов.
За запуском наблюдало множество зрителей, ведь среди экипажа на корабле находилась Криста МакОлифф, первый участник проекта «Учитель в космосе». Средства массовой информации освещали катастрофу с небывалой масштабностью: одно из исследований показало, что 85 % опрошенных американцев узнали о крушении в течение часа после него. Катастрофа стала предметом множества обсуждений в области безопасности полётов и порядочности на производстве. На основе произошедших событий в 1990 году был снят телефильм «Челленджер».
Содержание
Конструкционные недостатки[править | править вики-текст]
A — стальная стенка толщиной 12,7 мм
B — основное уплотнительное кольцо
C — резервное уплотнительное кольцо
D — укрепление оболочки
E — теплозащитная изоляция
F — теплозащитная изоляция
G — покрытие
H — герметизирующая паста
I — ракетное топливо
Для старта каждого шаттла использовались два твёрдотопливных ускорителя, состоящих из семи секций, шесть из которых попарно соединялись уже на этапе изготовления. Полученные четыре части собирались воедино уже на космодроме Космического центра Кеннеди, в Здании вертикальной сборки. Заводские соединения секций покрывались асбесто-силикатным покрытием, а соединения, осуществлявшиеся на космодроме, закрывались двумя резиновыми уплотнительными кольцами (по результатам расследования катастрофы количество колец увеличили до трёх)[3]. Покрытие требовалось для того, чтобы исключить прорыв высокотемпературных газов и обеспечить нормальную работу ускорителя на всём этапе разгона.
На этапе разработки Спейс шаттлов в 1971 году в отчёте компании McDonnell Douglas обсуждалась безопасность использования твёрдотопливных ракет. Одним из самых опасных моментов использования данного типа, согласно отчёту, была ситуация прорыва горячих газов через прожог в оболочке ракеты. В отчёте упоминалось, что «если прожог появится рядом с баком [жидкого водорода или кислорода] или челноком, своевременное обнаружение и аварийная остановка запуска будут невозможны»[4]
Инженеры подрядчика Morton Thiokol, ответственного за создание и содержание ускорителей, предложили объединять части секций с помощью соединений, изолируемых с помощью двух уплотнительных колец. Однако испытания 1977 года показали, что вода, использовавшаяся для симуляции работы ускорителя, выгибала наружу металлические стенки секции, из-за чего соединение выгибалось внутрь, при этом уплотнительные кольца переставали обеспечивать герметичность. Данный эффект, названный «вращением соединения» (англ. joint rotation), мог вызвать резкое падение давления и разрушение уплотнительных колец, а затем — прорыв струи горячих газов и разрушение соединения, что в конечном итоге могло привести к разрушению ускорителя и челнока[5].
Инженеры Космического центра Маршалла указывали на то, что предложенное Thiokol соединение частей ускорителя недопустимо. Один из инженеров предположил, что из-за вращения соединения использование второго уплотнительного кольца вообще бесполезно, однако менеджер проекта твёрдотопливных ускорителей Джордж Харди не придал этому особого значения и не передал отчеты инженеров подрядчику. В итоге соединение частей с помощью уплотнительных колец было допущено к полетам в 1980 году[6].
Признаки серьёзного повреждения уплотнительных колец проявлялись уже в ходе второй миссии STS-2 космического челнока Колумбия. Вопреки требованиям, инженеры Космического центра Маршалла на этот раз не сообщили о проблеме руководству НАСА, решив устранить проблему напрямую с подрядчиком Thiokol. Даже после того, как проблеме уплотнительных колец был присвоен высший уровень критичности, никто из центра Маршалла не выступил с идеей прекратить эксплуатацию челноков до полного устранения проблемы[6].
К 1985 году был начат процесс по перепроектированию, предусматривавший наращивание толщины соединений на три дюйма (76 мм), что могло предотвратить изгибание соединений. Однако всё это время челноки эксплуатировались с потенциально опасными ускорителями. Thiokol пошёл ещё дальше, сумев убедить руководство НАСА в том, что проблема уплотнительных колец «решена»[6].
Предполётная подготовка[править | править вики-текст]
Первоначально миссия STS-51L должна была стартовать с Космического центра Кеннеди 22 января. Однако задержки в графике запуска предыдущей миссии STS-61-C привели к тому, что запуск «Челленджера» был отложен, сначала на 23, а затем на 24 января. Из-за плохой погоды в Дакаре (там находился аэродором Трансатлантической аварийной посадки в случае вступления в силу режима аварийного прекращения полёта шаттлов) старт был снова перенесен, уже на 25 января. В НАСА приняли решение использовать аэродром в Касабланке в случае Трансатлантической аварийной посадки, который, однако, не был оборудован для приёма шаттла в условиях ночной посадки, из-за чего старт был передвинут на утро. Из-за плохого прогноза погоды в центре Кеннеди старт был назначен на 27 января в 09:27 (EST)[7]. В процессе проверки систем возникли проблемы оборудованием внешнего люка шаттла[7]. Пока техники устраняли проблему, погода на стартовом столе испортилась настолько, что не позволила воспользоваться стартовым окном в этот день[8].
Утро следующего дня, 28 января, выдалось необычайно холодным — температура опустилась до отметки −1 °C, минимально допустимой для разрешения старта. Предыдущий самый «холодный» старт был проведён при температуре 12 °C. Низкая температура вызвала обеспокоенность у инженеров Thiokol. Во время закрытой телевизионной конференции между Thiokol и руководством НАСА они высказывали опасения, что подобные экстремальные условия могут отрицательно сказаться на эластичности уплотнительных колец твёрдотопливных ускорителей, так как соединения не испытывались при температурах ниже 12 °C, и рекомендовали отложить запуск[9]. Вкупе с тем, что проблема уплотнительных колец ещё не была решена и имела высшую критичность, инженеры сомневались, что оба кольца при низкой температуре смогут сохранить герметичность соединения.
Руководство Thiokol поддержало своих инженеров, однако из-за постоянных задержек руководство НАСА было категорически против. Они отмели опасения о неэластичности кольца, безосновательно аргументируя тем, что в случае если основное кольцо не сможет обеспечить герметичность, это сделает резервное. Видя категоричность НАСА, руководство Thikol уступило и дало разрешение на старт[9][10]
Тем временем на площадке запуска возникло обледенение, что само по себе являлось непреодолимым препятствием для запуска. Были опасения, что обледенение может повредить плитки теплоизолирующего покрытия шаттла. Специалисты Rockwell International пришли к мнению, что запуск следует отложить, однако руководство не выразило твёрдого запрета старта, и руководитель миссии Арнольд Элдрич смог настоять на продолжении подготовки, отложив лишь запуск на час для повторного осмотра. В ходе этого осмотра лёд уже начал таять, и ледовая команда дала добро на запуск челнока в 11:38 EST[10].
Запуск и крушение[править | править вики-текст]
После подготовки всё было готово к старту. За 6,6 секунд до отрыва по расписанию заработали основные двигатели челнока (Space Shuttle main engine, SSME), которые работали на жидком топливе и могли быть остановлены в любой момент. В 11:38:00:010 EST были включены и заработали двигатели твёрдотопливных ускорителей.
Анализ съёмки старта челнока показал, что спустя 0,678 секунд после старта из основания правого ускорителя в районе крепления к внешнему топливному баку вырвался серый дым. Выброс дыма периодически продолжался в течение примерно 3 секунд. Позднее было выяснено, что выбросы дыма были вызваны разгерметизацией соединения секций ускорителя от ударной нагрузки во время пуска двигателей. Соединение выгнулось внутрь, ослабив крепление и открыв путь разгорячённым до 2760 °C газам наружу. Подобное случалось и раньше, однако в прошлом основное уплотнительное кольцо ударом выбивалось из своего гнезда и плотно прижималось к стенкам, обеспечивая надёжную изоляцию на время работы ускорителя. Однако в этот раз из-за низкой температуры основное уплотнительное кольцо стало твёрже и потеряло эластичность, из-за чего не смогло вовремя сформировать изоляцию. Второе кольцо из-за изгиба соединения вообще не могло обеспечивать изоляцию. Образовалась утечка горячих газов, которые буквально испарили кольца в месте крепления к внешнему баку. Однако окислы алюминия, образовавшиеся при сжигании топлива, временно запечатали прожог в повреждённом соединении.
Начиная с 37 секунды после старта и в течение 27 секунд челнок начал испытывать несколько боковых порывов ветра[11]. Во время одного из них пробка из окислов была разрушена, и спустя 58,788 секунд после старта камера наблюдения зафиксировала шлейф пламени, вырывающейся у основания правого ускорителя — горячие газы начали прожигать отверстие в стенке. Давление в ускорителе начало падать, что было зафиксирован приборами. Работа двигателей полностью контролировалось бортовыми компьютерными системами, которые компенсировали дисбаланс в работе двигателей. Спустя 60,238 секунд после старта струя газов начала бить во внешний топливный бак[12].
Камера слежения, записывавшая полёт челнока, на 64,66 секунде полёта зафиксировала изменение формы выброса пламени, что свидетельствовало о том, что из внешнего бака начал вырываться жидкий водород. На 66,764 секунде начало падать давление во внешнем топливном баке[12]. Катастрофические изменения в работе двигателей не были замечены ни экипажем, ни наземным контролем. На 68 секунде были переданы последние слова члена экипажа «Челленджера»: диспетчер Ричард Кови передал сообщение о начале ускорения («Go at throttle up»), приём которого подтвердил командир челнока Фрэнсис Скоби («Roger, go at throttle up»).
На 72,284 секунде правый ускоритель оторвало от крепления у основания топливного бака, что вызвало резкое боковое ускорение вправо, которое, вероятно почувствовали члены экипажа[13].
На 73,124 секунде оболочка кормового бака с жидким водородом была нарушена, из-за чего он сошёл с креплений и с силой ударился о бак с жидким кислородом. Одновременно правый ускоритель провернулся по верхнему креплению и ударился об оболочку внешнего топливного бака. Внешний бак разрушился, высвободившийся кислород и водород смешались и детонировали, вызвав огромный огненный шар, который поглотил шаттл[14].
Разрушение началось на 73,162 секунде полёта на высоте около 15 км[15]. После разрушения внешнего бака при не отделившихся и всё ещё работающих ускорителях «Челленджер» испытал перегрузку в 20 g (при предусмотренных при разработке 5 g) и буквально был разорван на части. Ускорители наконец отделились от основания разрушенного бака и некоторое время продолжали неконтролируемый полёт вокруг разрушившегося челнока, пока не были уничтожены по команде с земли.
Более прочная кабина челнока, выполненная из армированного алюминиевого сплава,[16] уцелела и продолжала движение по баллистической траектории. Её выход из облака газов и обломков зафиксировала камера слежения на 75,237 секунде на высоте 20 километров[15]. По приблизительным подсчётам НАСА, кабина испытала перегрузки от 12 до 20 g, после чего кабина начала свободное падение. По крайней мере некоторые члены экипажа были живы в момент падения и некоторое время были в сознании, так как у них были включены персональные приборы подачи воздуха (англ. Personal Egress Air Packs, PEAP). Также при анализе приборной панели было выявлено, что несколько тумблеров электросистемы на месте астронавта Майка Смита были перемещены из положений, обычно устанавливаемых во время старта. Так как эти переключатели имеют защитные блокировочные скобы, предотвращающие их случайное переключение, скорее всего, Смит пытался с помощью них восстановить подачу электроэнергии в кабину после её отделения от останков челнока[17].
То, насколько долго находились в сознании оставшиеся в живых астронавты, зависит от того, удалось ли кабине сохранить герметичность. В случае практически мгновенной декомпрессии астронавты могли быть в сознании всего несколько секунд, так как персональные приборы подачи воздуха не обеспечивают нагнетание. Если же кабина имела незначительные пробоины, астронавты могли находиться в сознании вплоть до удара о воду. Кабина ударилась о поверхность Атлантического океана на скорости около 333 км/ч с перегрузкой свыше 200 g, не оставив никаких шансов на спасение[15].
Влияние на культуру[править | править вики-текст]
В декабре 2013 г. появившаяся песня известной певицы Бейонсе «XO» подверглась резкой критике в связи с использованием в этой композиции общеизвестного в США шестисекундного отрывка прямого репортажа во время катастрофы. Вдова командира экипажа «Челленджера» Дика Скоби Джун Скоби Роджерс заявила, что эмоционально очень тяжело слышать в начале песни слова «крупная неисправность» (major malfunction). Она сравнила это с использованием аудиозаписи покушения на Кеннеди или теракта 11 сентября и заявила, что подобные приемы не должны использоваться «для ударного эффекта в поп-музыке». NASA выступило с заявлением, критикующим Бейонсе, в котором говорится, что «катастрофа „Челленджера“ является важной частью нашей истории, трагическим напоминанием, что освоение космоса — рискованное дело, и это нельзя недооценивать». Сама же Бейонсе пояснила, что авторы песни включили отрывок репортажа в песню как дань погибшим членам экипажа и как знак того, что они никогда не будут забыты[18].
См. также[править | править вики-текст]
Ссылки[править | править вики-текст]
- NASA History Office. Challenger STS 51-L Accident (англ.). NASA. Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012.
- NASA Kennedy Space Center. Sequence of Major Events of the Challenger Accident. NASA. Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012.
- Rogers Commission. Report of the Presidential Commission on the Space Shuttle Challenger Accident (1986). Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012.
- Harwood, William; Rob Navias. Challenger timeline (англ.). Spaceflight Now. Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012.
Координаты: 28°38′24″ с. ш. 80°16′48″ з. д. / 28.64000° с. ш. 80.28000° з. д. (G) (O)
Примечания[править | править вики-текст]
- ↑ 7 myths about the Challenger shuttle disaster — Technology & science — Space — msnbc.com
- ↑ Space Shuttle Challenger Disaster
- ↑ Solid Rocket Motor Joint Reliability. NASA Engineering.
- ↑ Heppenheimer, T. A. The Space Shuttle Decision. — NASA publication SP-4221, 1998. — P. 419–420.
- ↑ McConnell, Malcolm. Challenger: A Major Malfunction, page 118.
- ↑ 1 2 3 Rogers Commission. Report of the Presidential Commission on the Space Shuttle Challenger Accident, Chapter VI: An Accident Rooted in History (June 6, 1986).
- ↑ 1 2 STS-51-L mission archives. NASA.
- ↑ Rogers Commission. Report of the Presidential Commission on the Space Shuttle Challenger Accident, Chapter II: Events Leading Up to the Challenger Mission (June 6, 1986). Проверено 1 января 2007.
- ↑ 1 2 Berkes, Howard. Remembering Roger Boisjoly: He Tried To Stop Shuttle Challenger Launch, All Things Considered (6 февраля 2012). Проверено 15 февраля 2012.
- ↑ 1 2 Rogers Commission. Report of the Presidential Commission on the Space Shuttle Challenger Accident, Chapter V: The Contributing Cause of The Accident (June 6, 1986). Проверено 12 июля 2011.
- ↑ NASA Mission Archives. STS-51L. Проверено 31 января 2010.
- ↑ 1 2 By William Harwood Voyage Into History Chapter 13: The Timeline. CBS News (1986). Проверено 22 августа 2007.
- ↑ Lewis Richard S. Challenger: The Final Voyage. — Columbia University Press, 1988. — P. 16. — ISBN 0-231-06490-X.
- ↑ Than, Ker. 5 Myths of Challenger Shuttle Disaster Debunked (January 7, 2011). Проверено 9 октября 2014.
- ↑ 1 2 3 Kerwin, Joseph P. Joseph P. Kerwin to Richard H. Truly (July 28, 1986). Проверено 4 июля 2006.
- ↑ Barbree, Jay Chapter 5: An eternity of descent. msnbc.com (January 1997). Проверено 29 июля 2009.
- ↑ Mullane Mike. Riding Rockets: The Outrageous Tales of a Space Shuttle Astronaut. — Simon and Schuster, 2006. — P. 245. — ISBN 978-0-7432-7682-5.
- ↑ NASA раскритиковало Бейонсе за «опошление» катастрофы «Челленджера»
|
||||||||
 |
Для улучшения этой статьи по технике желательно?:
|
